Solarenergie Von Felix Römer

Inhalt Allgemeines Potenzial Photovoltaik Solarthermie Sonnenwärmekraftwerke

Allgemein Wärme und Strom durch Sonnenlicht Riesiges Energiepotenzial Kostenlos und umweltschonend Mit Solarenergie bezeichnet man Wärme und Strom, die durch Sonnenlicht erzeugt werden. Die Sonne ist eine dauerhafte und sichere Energiequelle mit einem riesigen Energiepotential, welches den weltweiten Energiebedarf gewaltig übersteigt. Erneuerbare Energie aus der Sonne ist kostenlos, umweltschonend und beinahe unerschöpflich. Dagegen sind klassische Energiequellen aus fossilen Brennstoffen wie Erdöl, Kohle und Erdgas nur begrenzt und gering vorhanden, unwirtschaftlich und zum Teil umweltschädigend. Infolgedessen steigt die Bedeutung der Solarenergie im Bereich der Energieversorgung, insbesondere wegen der Klimadiskussion, immer mehr.

Potenzial 1,5 * 10^18 kWh Weltweit Abhängig von Uhrzeit, Jahreszeit und Breitengrad 1000 kWh pro m² und Jahr in Mitteleuropa Als die größte Energiequelle liefert die Sonne pro Jahr eine Energiemenge von etwa 3,9 · 1024 J, das entspricht 1,08 · 1018 kWh, auf die Erdoberfläche. Diese Energiemenge entspricht etwa dem 10.000-fachen des Weltenergiebedarfs. Die Zusammensetzung des Sonnenspektrums, die Sonnenscheindauer und der Winkel, unter dem die Sonnenstrahlen auf die Erdoberfläche fallen, sind abhängig von Uhrzeit, Jahreszeit und Breitengrad. Damit unterscheidet sich auch die eingestrahlte Energie. Diese beträgt beispielsweise etwa 1.000 kWh pro Quadratmeter und Jahr in Mitteleuropa und etwa 2.350 kWh pro Quadratmeter und Jahr in der Sahara.

Photovoltaik Photovoltaischer Effekt Monokristalline Zellen Polykristalline Zellen Amorphe Zellen Monokristalline Zellen Der Herstellungsvorgang des äußerst reinen monokristallinen Siliziums ist extrem aufwendig: Silizium-Einkristalle werden aus einer gereinigten Siliziumschmelze gezogen, wobei für den geordneten Kristallaufbau eine Ziehgeschwindigkeit von maximal 30 cm pro Stunde möglich ist (Czochralski-Verfahren). Die Folge davon ist, dass das Endprodukt sehr teuer ist. Mit monokristallinem Silizium wird der beste Wirkungsgrad erzielt (bis ca.18%). Polykristalline Zellen enthalten in der Gitterstruktur Fremdatome (Verunreinigungen), die Herstellung ist aber entsprechend einfacher, was sich in einem geringeren Zeitaufwand und damit natürlich auch in geringeren Kosten niederschlägt. Die gereinigte Siliziumschmelze wird in Blöcke gegossen und anschließend wie auch die monokristalline mit einer Säge in Scheiben von 0,25 bis 0,4 mm Dicke Zersägt. 15%. Amorphe Zellen Weisen keine regelmäßige Kristallstruktur auf; Eine Schicht aus amorphem Silizium (amorph = gestaltlos) wird auf eine Trägerplatte (Glas, Kunststoff) aufgebracht. Zur Erreichung des photovoltaischen Effektes sind nur sehr dünne Schichten notwendig (ca.0,01 mm, so genannte Dünnschichtzellen). Amorphe Zellen sind die billigsten Zellen. Wirkungsgrad liegt bei kommerziell verfügbaren Zellen deutlich unter 10%, Häufig begegnen uns amorphe Solarzellen in elektronischen Kleingeräten wie Uhren und Taschenrechnern.

Photovoltaischer Effekt Der photovoltaische Effekt wurde bereits 1839 vom Franzosen E. A. Bequerel entdeckt. Dabei werden in einem mit Fremdatomen versehenen Halbleitermaterial (Grundmaterial Silizium) durch die auftreffenden Photonen des Sonnenlichtes Energiezustände im Halbleitermaterial geschaffen, die eine elektrische Spannung hervorrufen. Werden die beiden Enden der Metallkontaktierungen auf der dünnen Halbleiterscheibe geschlossen, so fließt Strom. Die erste wesentliche Voraussetzung für diese Technologie ist der sogenannte Photoeffekt. Lichteinstrahlung (in Form von Photonen) kann 4 Elektronen aus ihren atomaren Bindungen "herausschlagen". Dadurch entsteht Spannung zwischen dem p- und n-Leiter. Werden die zwei Leiter verbunden fließt Strom.

Solarthermie Wurde schon sehr früh genutzt Relativ günstig Das solarthermische Prinzip der Nutzung von Sonnenstrahlen zu  Zwecken der Wärme- & Hitze wurde schon 800 v. Chr. in Form einfacher Solar-Spiegel benutzt, um Lichtstrahlen der Sonne umzulenken und so dunkle Räume zu erhellen oder auf einfache Art und Weise Wasser zu erwärmen.

Archimedes „Solarkanone“ Archimedes soll dieses solarthermische Prinzip der Bündelung der Sonnenstrahlung und somit der Solarenergie im Jahr 212 v. Chr. erfolgreich in Syrakus auf Sizilien angewandt haben.

Funktionsweise 1: Kollektor 2: Regelungseinheit 3: Wärmetauscher

Sonnenwärmekraftwerke Parabolrinnenkraftwerke Solarturmkraftwerke Paraboloidkraftwerke Durch solarthermische Kraftwerke kann durch Sonnenenergie Strom gewonnen wird. Dabei werden durch bestimmte Verfahren, die durch die Sonne gewonnene Wärme in elektrische Energie umgewandelt. Durch Wärmetauschsysteme wird die Wärmeenergie zur Erzeugung von Dampf genutzt, welcher wiederum eine Turbine antreibt, die an einen Generator gekoppelt ist.  

Parabolrinnenkraftwerke Parabolrinnenkollektoren bestehen aus gewölbten Spiegeln, die das Sonnenlicht auf ein in der Brennlinie verlaufendes Absorberrohr bündeln. Die Länge solcher Kollektoren liegt je nach Bautyp zwischen 20 und 150 Metern. In den Absorberrohren wird die konzentrierte Sonnenstrahlung in Wärme umgesetzt und an ein zirkulierendes Wärmeträgermedium abgegeben. Die Parabolrinnen werden aus Kostengründen meist nur einachsig der Sonne nachgeführt. Sie sind deshalb in Nord-Süd-Richtung angeordnet und werden nur nach der Höhe des Sonnenstandes im Tagesverlauf nachgeführt bzw. gekippt.

Solarturmkraftwerke Beim Solarturmkraftwerk, auch Zentralreceiverkraftwerke genannt, handelt es sich zumeist um Dampfkraftwerke mit solarer Dampferzeugung. Bei Sonnenschein richten sich hunderte bis tausende automatisch positionierende Spiegel (Heliostate) so aus, dass das Sonnenlicht auf den zentralen Absorber (Receiver) reflektiert wird. Durch starke Konzentration der Sonneneinstrahlung entstehen an der Spitze des Turms Temperaturen bis zu mehreren 1.000 °C. Das verwendete Wärmeträgermedium ist entweder flüssiges Nitratsalz, Wasserdampf oder Heißluft.

Paraboloidkraftwerke Bei Paraboloidkraftwerken, auch Dish-Stirling- oder Dish-Farm-Anlagen genannt, sind Paraboloidspiegel zweiachsig drehbar auf einem Gestell montiert. Diese reflektieren das Sonnenlicht auf einen im Brennpunkt angebrachten Wärmeempfänger. Diese Bauform ist sehr kompakt – die Spiegel werden mit Durchmessern von drei bis 25 Metern ausgeführt, womit Leistungen von bis zu 50 kW pro Modul erreichbar sind. Bei Dish-Stirling-Anlagen ist dem Empfänger ein Stirlingmotor nachgeschaltet, der die thermische Energie direkt in mechanische Arbeit umsetzt. Diese Anlagen erreichen die höchsten Wirkungsgrade bei der Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie. Bei einem Experiment in Frankreich mit einem Parabolspiegel von 8,5 m Durchmesser (Fläche 56,7 m²) wurde eine Nettoleistung von 9,2 kW erzielt, was einem Wirkungsgrad von 16 % entspricht.

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